北京大学常林研究团队与中国科学院空天信息创新研究院合作研发出世界首款光子时钟芯片的相关情况，包括其研发背景、原理、在不同领域的应用意义等。
在熙熙攘攘的十字路口，红绿灯凭借着对“时间”与“颜色”的把控来指挥交通的流向。类似地，芯片在进行信息处理时也需要对时间进行精准的调控。而这种调控的速度和精准度，对芯片性能有着直接的决定作用。北京大学常林研究团队携手中国科学院空天信息创新研究院，成功研制出了世界上第一款光子时钟芯片。这一芯片能够将芯片上的时间调控速度提升整整100倍，进而在未来的智能计算、6G通信、空天遥感等诸多实际应用中大幅提升性能。相关成果近期在《自然·电子学》上发表。常林向记者表示：“传统的芯片若要具备高速的信息处理能力，往往是基于电子的振荡器来产生时钟信号。不过从当前的情况来看，这种方案的速度不太理想，而且会消耗大量的功率，产生较高的热量。并且，一个芯片通常只能产生在一定频率范围内的时钟信号。这就导致像6G、车载毫米波雷达、GPU等不同的应用，需要完全不同的芯片制造技术，这无疑极大地增加了芯片的成本。”他接着说：“我们所开发的光子芯片技术则不同，它以光为媒介，借助光子来产生时钟信号。我们都清楚，光在速度方面比电要快得多，所以利用光子时钟来处理信息，其速度要远远超过电子时钟。”常林还介绍说，这款芯片能够研制成功，关键在于对“光频梳”技术的改进。在过去，这一技术只能依靠昂贵的设备才能实现，一台设备售价高达几百万元，并且只能依赖进口。“我们成功地将‘光频梳’技术集成到芯片上，通过在芯片上构建类似跑道形状的环形结构，让光在其中以光速不断地‘奔跑’。而光每跑一圈的时间，就能够作为芯片上时钟的标准。由于这个时间非常短暂，通常是1秒的几十亿分之一，所以光子时钟能够以超高速进行时间调控。”“通过这种方式，我们能够基于光来进行芯片上的信息传输和处理，从而极大地提升传统芯片的性能。”研究团队在实验中发现，仅仅使用一个芯片就能够覆盖目前所有微波频段的时钟。“这也就意味着，这个芯片能够支持从5G到6G，甚至更高速度的手机通信，这样就避免了过去每一次通信方案升级就需要更新一次手机硬件的麻烦。”常林还透露：“这一技术的另外一个重要应用，就是提升计算的主频。目前，不管是GPU还是CPU，主频一般都在2 - 3GHz，而我们团队目前所实现的时钟频率已经超过了100GHz。这就相当于在更短的时间内，我们能够进行更多次数的计算，从而为人工智能的发展提供更强大的算力。”
本文总结了世界首款光子时钟芯片的研发成功这一成果，阐述了研发的团队、研发背景、技术原理、在智能计算、通信、空天遥感等多方面的应用价值以及对芯片成本、手机通信、人工智能算力等方面带来的积极影响。这一芯片的成功研发将为众多领域的发展带来巨大的推动作用。
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